CN108513507A - 一种提高热传递的水冷散热装置及散热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高热传递的水冷散热装置及散热方法，所述散热装置包括密闭箱体、散热模块和水冷模块，水冷模块位于密闭箱体的上部，散热模块位于水冷模块和密闭箱体之间，水冷模块包括水箱、进水管和出水管，散热模块包括散热基板和吸散热柱，散热基板上开设有交错分布的散热基板通孔，吸散热柱穿过散热基板通孔与散热基板固连。本发明所提供的一种提高热传递的水冷散热装置及散热方法，通过高热传导率的吸散热柱，可以将密闭箱体内被散热件释放的热量快速吸收、传递至水冷模块，且该交错排布的吸散热柱可以将水箱内的冷却剂水充分搅浑，避免冷却剂水在流动吸热过程中的层流现象及由此导致的冷却剂水上下层温度梯度及吸散热效果差等问题。

Description

一种提高热传递的水冷散热装置及散热方法

技术领域

本发明属于热传递水冷散热技术领域，具体涉及一种提高热传递的水冷散热装置及散热方法。

背景技术

随着社会科技的迅猛发展，很多被散热件在工作过程中由于自身工作所产生的热量过大，且不能及时有效地散失，而影响自身的工作性能，导致自身的工作效率逐渐降低，继而影响整个设备的正常工作。在现有的散热装置和方法中，普遍采用风冷、水冷和散热片自然冷却散热等散热方式。在使用风冷散热和散热片自然冷却散热的过程中，散热效果差，散热所需时间较长，不能满足生产生活的要求。

与此同时，被散热件在使用过程中热流密度过大，被散热件所产生的温度甚至超过其自身的最佳工作环境的温度，从而影响其工作性能，于是需要将温度降低到被散热件的最佳工作所需的温度范围内，以达到最佳的使用性能。

在普遍采用的水冷散热方式中，采用的水冷散热方法的原理是指使用冷却剂水在水泵的带动下强制循环带走被散热件的热量。水冷散热与风冷散热、散热片自然冷却散热相比，水冷散热具有工作安静、降温稳定、对环境依赖小等优点。水冷散热装置则由于热容量较大，热波动相对要小得多，使得散热装置采用水冷散热的方式有着很好的热负载能力。水冷散热方式由于效果较好，受到现有市场的普遍采用。

目前很多散热装置，尤其是针对密闭空间散热的散热装置，其大部分散热结构要么是置于密闭空间内部，将被散热件所释放的热量从被散热件部分转移至密闭空间的其它地方，这种散热结构虽然可短时间内降低被散热件热量，但其并没有对该部分转移的热量进一步转移或消除；要么是将散热结构或散热装置置于密闭空间的外部，例如：在密闭箱体顶部设置散热鳍片及散热风扇等，其散热原理是依靠密闭空间的箱体将热量传导出去，后再经由外部散热装置如散热风扇等将热量进一步散发，这种散热方式只能依靠密闭空间的箱体将热量传导出去，但密闭空间箱体的热传导率很低，会导致散热效率低，散热效果不明显等问题。且现有很多的水冷散热装置，冷却剂水的流动方式多为层流，且流向一直保持稳定，冷却剂水不能充分吸收被散热件所释放的热量，从而使很多水冷散热装置不能进行很好的散热，导致散热效果不明显，散热效率较低且应用范围较窄。

因此，针对上述现有方案存在的问题以及不足提出一种尤其适用于密闭空间散热、吸散热效率高，能够让冷却剂水充分搅浑吸热且结构简单的散热装置及散热方法。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种散热效率高，能够让冷却剂水充分搅浑且能够改变冷却剂水流向进而提高冷却剂水吸热效率的水冷散热装置及散热方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种提高热传递的水冷散热装置，包括密闭箱体、散热模块和水冷模块，水冷模块位于密闭箱体的上部，散热模块位于水冷模块和密闭箱体之间，密闭箱体内部被散热件的热量通过散热模块进入水冷模块，水冷模块将热量吸收并带出装置外。

优选地，所述散热模块包括散热基板和吸散热柱，散热基板上开设有交错分布的散热基板通孔，吸散热柱穿过散热基板通孔与散热基板固连。

优选地，所述吸散热柱由高热传导率的铝、铜、铝合金或铜合金制成。

优选地，所述吸散热柱包括吸热柱和散热柱，散热柱为凸台结构，散热柱上的凸台外表面设有外螺纹；吸热柱为圆柱体结构，吸热柱的端面为内凹结构，吸热柱的内凹部分设有内螺纹，吸热柱的内凹部分与散热柱上的外螺纹相配合。

优选地，所述吸散热柱为一体加工成型结构。

优选地，所述散热基板由高强度、高刚度的铁、钢、铸铁或其合金制成。

优选地，所述水冷模块包括水箱，进水管和出水管，水箱为没有底盖的腔体结构，水箱的底部开口边缘设有一圈阶梯台阶，散热基板通过密封垫圈与阶梯台阶密封连接；水箱的两边分别设有垫台，进水管和出水管放置在垫台上，进水管和出水管的结构相同，进水管为内部中空的管状结构且两端密封，进水管上设有进水管进口和进水管出口，进水管进口与进水管出口连通；水箱上对称的设有水箱孔，水箱孔与进水管出口一一对应，进水管出口与水箱孔连通。

优选地，所述进水管出口呈线性对称的分布在进水管上，进水管出口的口径从进水管中间向进水管的两端依次增大，且进水管进口的直径大于进水管出口中的最大口径。

本发明还公开了一种提高热传递的水冷散热方法，包括以下步骤：

密闭箱体内部被散热件在工作过程中由于其自身发热量大，或其热流密度大，且其处于密闭箱体内部，所产生的热量不能及时有效的散发至环境中，本发明所提供的一种提高热传递的水冷散热装置及散热方法，通过在散热基板上设置高热传导率的吸散热柱，可以将密闭箱体内被散热件释放的热量从密闭箱体内部快速吸收、传递至水冷模块，散热基板自身也可以将密闭箱体内被散热件释放的热量从密闭箱体内部吸收、传递至水冷模块，且该交错排布的吸散热柱既可以增大在密闭箱体内部吸收热量的有效面积，又可以增大在水箱内部散失热量的有效面积，且还可以将水箱内部的冷却剂水充分搅浑，避免冷却剂水在流动吸热过程中的层流现象及由此导致的冷却剂水上下层产生的温度梯度及吸散热效果差等问题。

本发明的有益效果是：

1、本发明所提供的一种提高热传递的水冷散热装置及散热方法，通过在散热基板上设置高热传导率的吸散热柱，一方面依靠吸热柱较大的吸热面积可以将密闭箱体内部被散热件产生的热量快速吸收且通过散热柱传递至上部的水箱中、另一方面依靠散热柱较大的散热面积可以将吸热柱传导来的热量快速释放至水冷模块中的冷却剂水中，从而完成了被散热件热量从密闭箱体至上部水箱的转移。

2、本发明所提供的一种提高热传递的水冷散热装置及散热方法，通过在散热基板上部、水箱内部设置交错排布的散热柱，冷却剂水在泵体的带动下循环流动至交错排布散热柱，散热柱将冷却剂水打散，避免循环流动的冷却剂水产生层流现象及由此导致的冷却剂水上下层温度梯度及由此产生的冷却剂不能充分吸收散热柱及散热基板上的热量导致散热效果差等问题。

3、传统的散热装置，尤其是针对被散热件置于密封装置内部的散热装置，大部分都是在密闭箱体顶部设置散热鳍片及散热风扇，被散热件产生的热量大部分都是通过密闭箱体上部分热传导率低的顶板散出，再经过散热鳍片及散热风扇散热至周围环境。本发明所提供的一种提高热传递的水冷散热装置及散热方法，通过在散热基板上设置高热传导率的吸散热柱，一方面通过高热传导率的吸散热柱达到快速吸热、散热的目的，另一方面可以使得高强度、高刚度的散热基板起到“三防设计”、支承、保护等机箱所起到的作用。

附图说明

图1是本发明一种提高热传递的水冷散热装置的结构示意图；

图2是本发明散热模块的结构示意图；

图3是本发明散热基板的结构示意图；

图4是本发明水冷模块的结构示意图；

图5是本发明进水管的结构示意图；

图6是本发明吸热柱的结构示意图；

图7是本发明散热柱的结构示意图。

附图标记说明：1、密闭箱体；2、散热模块；3、水冷模块；21、散热基板；22、吸散热柱；23、散热基板通孔；24、吸热柱；25、散热柱；31、水箱；32、进水管；33、出水管；34、阶梯台阶；35、垫台；36、进水管进口；37、进水管出口；38、水箱孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：

如图1到图7所示，本发明提供的一种提高热传递的水冷散热装置，包括密闭箱体1、散热模块2和水冷模块3，水冷模块3位于密闭箱体1的上部，散热模块2位于水冷模块3和密闭箱体1之间，密闭箱体1内部被散热件的热量通过散热模块2后进入水冷模块3，水冷模块3将热量吸收并带出装置外。

散热模块2包括散热基板21和吸散热柱22，散热基板21上开设有散热基板通孔23，吸散热柱22穿过散热基板通孔23与散热基板21固连，吸散热柱22由高热传导率的铝、铝合金或铜制成，具有较高的热传导率。散热基板21由高强度、高刚度的铁、钢、铸铁或其合金制成，能够起到支撑、防护等作用。散热基板21与水箱31的制作材料相同。通过吸散热柱22和散热基板21同时传递热量，能够快速将密闭箱体1内部被散热件所释放的热量快速的传递到冷却剂水中，然后通过流动的冷却剂水将热量带到装置外，从而达到良好的散热效果。

吸散热柱22包括吸热柱24和散热柱25，散热柱25为凸台结构，散热柱25上的凸台外表面设有外螺纹；吸热柱24为圆柱体结构，吸热柱24的端面为内凹结构，吸热柱24的内凹部分设有内螺纹，吸热柱24的内凹部分与散热柱25上的外螺纹相配合。冷却剂水在流动过程中被散热柱25打散，使得冷却剂水在流动过程中其上部和下部不断交替。密闭箱体1内部的热量通过吸热柱24传递到散热柱25上，通过冷却剂水的上下交替及循环流动，冷却剂水不断的将散热柱25上的热量吸收并带走。

吸散热柱22由高热传导率的铝、铝合金或铜制成，吸散热柱22相比普通材料制成的同类型结构，热传导率较高。由于吸散热柱22具有很高的热传导率，密闭箱体1内部的热量能够快速的传递到位于水箱31内部的冷却剂水中，从而保证被散热件长时间的正常工作。

在本实施例中，散热基板通孔23的数量与吸散热柱22的数量相同。散热基板通孔23的数量为四十五个，均匀的分布在散热基板21上，吸散热柱22的分布呈类似矩阵的结构分布在散热基板21之上。每一个散热基板通孔23上都安装有一个吸散热柱。在具体使用过程中，吸散热柱22和散热基板通孔23的数量可根据需要进行适当的增减，位置可以进行变动，以达到冷却水更好冷却的效果。

为了便于理解本发明吸散热柱22的分布情况，特将散热基板21的长度和宽度分别用“M”和“N”表示，散热基板通孔23的直径为r。散热基板21上第一列散热基板通孔23的数量为五个，五个散热基板通孔23组成一个纵向排列的散热基板通孔组，一共九个散热基板通孔组交错排列在散热基板21之上，每一列散热基板通孔组中的相邻散热基板通孔23按照距离(N-5r)/6均匀分布在散热基板21之上。相邻散热基板通孔组之间的距离为(M-9r)/10，在实际使用过程中可根据需要进行适当的增减。第一列散热基板通孔组中的散热基板通孔23中距离散热基板21长边边缘和短边边缘的最小距离分别为(M-9r)/10和(N-5r)/6。第二列散热基板通孔组中的散热基板通孔23距离散热基板21长边边缘的最小距离为(N-5r)/6-r，也就是第二列散热基板通孔组与第一列散热基板通孔组中的散热基板通孔23交错排列。

冷却剂水通过进水管出口37进入水箱31后，吸散热柱22将冷却剂的水流方向打乱。然后从出水管33排出。密闭箱体1中的部分热量通过散热基板21传递到水箱31中。通过冷却剂水、吸散热柱22和散热基板21的作用能够有效大幅度的降低被散热件工作环境中的热量。

散热柱22在与散热基板21中的散热基板通孔23的连接过程中，可以根据需要和使用情况将散热柱22可与散热基板21垂直连接，可以倾斜一定的角度。

散热基板通孔23的形状可以为矩形、圆形、椭圆形、多边形，吸散热柱22的截面形状为矩形、圆形、椭圆形、多边形，吸散热柱22沿自身轴线的截面形状与散热基板通孔23的形状相配合，在使用过程中可根据实际使用需要进行修改。

在实际的制造和实用过程中，吸热柱24和散热柱25可以进行分体制造和一体制造。如果为一体制造结构，则只需要直接加工出所需吸散热柱22的主体结构，然后将吸散热柱22固接在散热基板21上。如果吸热柱24和散热柱25为分开加工成型后再装配的方式，则需要分别加工出吸热柱24和散热柱25的所需形状及连接方式的结构，然后将吸热柱24和散热柱25连接装配再一起，最后再固接在散热基板21之上。

散热基板21与散热柱22的固定连接方式为：螺纹连接、焊接、胶接、铆接、弹性卡扣连接等其中一种或多种的组合方式。若吸散热柱22中的吸热柱24与散热柱25为分开加工再装配，则其二者固定连接方式为：螺纹连接、焊接、胶接、铆接、弹性卡扣连接等其中的一种或多种的组合方式。

水冷模块3包括水箱31，进水管32和出水管33，水箱31为没有底盖的腔体结构，水箱31的底部开口边缘设有一圈密封的阶梯台阶34，散热基板21通过密封垫圈与阶梯台阶34相连；水箱31的两边分别设有垫台35，进水管32和出水管33放置在垫台35上，进水管32和出水管33的结构相同，进水管32为内部中空的管状结构且两端密封，进水管32上设有进水管进口36和进水管出口37，进水管进口36通过进水管32的内部与进水管出口37连通；水箱31上对称的设有水箱孔38，水箱孔38与进水管出口37一一对应，进水管出口37与水箱孔38连通。垫台35的厚度为水箱31壁厚的两倍，在实际工作过程中，垫台35四周底部与密闭箱体1连接构成被散热件所需的密闭空间，垫台35的厚度可进行适当的调节，能够支撑进水管32和出水管33及整个水冷模块3，以满足进水管32和出水管33更好的工作。

密封垫圈在实际使用过程中的截面形状可以为：长方形、椭圆形、圆形、多边形，根据实际使用情况而定。在实际使用过程中，阶梯台阶34为阶梯的台阶状，也可以为凹槽结构，若为凹槽，则其凹槽的截面形状可以选为：长方形、椭圆形、圆形、多边形。

进水管出口37的数量为五个，进水管出口37对称的分布在进水管32上，进水管出口37的口径从进水管32中间向进水管32的两端依次增大。为了便于理解，特定将与进水管进口36相对应位置的进水管出口37的冷却剂水出口直径设为R，即就是进水管出口37的最小冷却剂水出口直径为R，相邻进水管出口37的冷却剂水出口直径按照规律R+0.3R依次增大。进水管出口37的最大直径小于进水管进口36的直径。具体而言，冷却水出口直径最小的进水管出口37位于进水管32的最中间，与之对应的另一面设有进水管进口36。冷却剂水以较大的流量通过进水管进口36进入进水管32之后，冷却剂水不能全部通过冷却水出口直径最小的进水管出口37进入水箱31，部分冷却剂水通过进水管32内部的自动分流，分别从最小直径的进水管出口37两边口径较大的进水管出口37进入水箱31内部，冷却剂水在进入水箱31的过程中，通过多个直径大小不同的进水管出口37进入水箱31的底部，使冷却剂水尽量均匀分布在散热基板21上，散热基板21和吸散热柱22上的热量最大限度的传导到冷却剂水中，能够有效增加散热基板21和吸散热柱22的热量传导效率，从而提高本装置的散热效果。在实际的使用过程中，进水管出口37的数量可以根据实际的使用需要而进行适当的增减。

水箱31与散热基板21的连接方式为：焊接、胶接、铆接或弹性卡扣连接；水箱31与密闭箱体1的连接方式为焊接、胶接、铆接或弹性卡扣连接。水箱31与散热基板21通过位于阶梯台阶34上的密封垫圈进行密封连接。

本发明还提供了一种提高热传递的水冷散热方法，包括以下步骤：

密闭箱体1内部被散热件在工作过程中由于其自身发热量大，或其热流密度大，且其处于密闭箱体1内部，所产生的热量不能及时有效的散发至环境中，本发明所提供的一种提高热传递的水冷散热装置及散热方法，通过在散热基板21上设置高热传导率的吸散热柱22，可以将密闭箱体1内被散热件释放的热量从密闭箱体1内部快速吸收、传递至水冷模块，散热基板21自身也可以将密闭箱体1内被散热件释放的热量从密闭箱体1内部吸收、传递至水冷模块3，且该交错排布的吸散热柱22既可以增大在密闭箱体1内部吸收热量的有效面积，又可以增大在水箱31内部散失热量的有效面积，且还可以将水箱31内部的冷却剂水充分搅浑，避免冷却剂水在流动吸热过程中的层流现象及由此导致的冷却剂水上下层产生的温度梯度及吸散热效果差等问题。

具体而言，水泵将冷却剂水从进水管进口36注入进水管32之后，冷却剂水分别通过水箱孔38进入水箱31内部，水箱31内部的吸散热柱22将进入的冷却剂水的流向打散，使冷却剂水向四周散开。密闭箱体内部的热量，通过吸散热柱22和散热基板21同时传递到冷却剂水中，冷却剂水在流动过程中，冷却剂水在与吸散热柱22接触的过程中，由于吸散热柱22的阻挡作用，冷却剂水自身的上部和下部不断的交替流动，散热柱上的热量充分进入冷却剂水中。从而极大的提高了热传递率，能够快速使密闭箱体1内部的温度降低到被散热件正常工作的温度范围之内。

冷却剂水除了通过进水管32进入水箱31，然后从出水管33流出之外，还可以反向进行，即就是通过出水管33流入水箱31，然后从进水管32流出，进水管32和出水管33的用途在实际的使用过程中可根据需要进行替换。

本发明所提供的散热方法采用的冷却剂水，只是为了说明本方法的工作原理，并不限于只能采用冷却剂水作为散热介质，其它散热介质的使用也是在本发明所保护的范围之内。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种提高热传递的水冷散热装置，其特征在于：包括密闭箱体(1)、散热模块(2)和水冷模块(3)，水冷模块(3)位于密闭箱体(1)的上部，散热模块(2)位于水冷模块(3)和密闭箱体(1)之间，密闭箱体(1)内部被散热件的热量通过散热模块(2)进入水冷模块(3)，水冷模块(3)将热量吸收并带出装置外。

2.根据权利要求1所述的一种提高热传递的水冷散热装置，其特征在于：所述散热模块(2)包括散热基板(21)和吸散热柱(22)，散热基板(21)上开设有交错分布的散热基板通孔(23)，吸散热柱(22)穿过散热基板通孔(23)与散热基板(21)固连。

3.根据权利要求2所述的一种提高热传递的水冷散热装置，其特征在于：所述吸散热柱(22)由高热传导率的铝、铜、铝合金或铜合金制成。

4.根据权利要求2所述的一种提高热传递的水冷散热装置，其特征在于：所述吸散热柱(22)包括吸热柱(24)和散热柱(25)，散热柱(25)为圆柱体凸台结构，散热柱(25)上的凸台外表面设有外螺纹；吸热柱(24)为圆柱体结构，吸热柱(24)的端面为内凹结构，吸热柱(24)的内凹部分设有内螺纹，吸热柱(24)内凹部分的内螺纹与散热柱(25)上的外螺纹相配合。

5.根据权利要求2所述的一种提高热传递的水冷散热装置，其特征在于：所述吸散热柱(22)为一体加工成型结构。

6.根据权利要求2所述的一种提高热传递的水冷散热装置，其特征在于：所述散热基板(21)由高强度、高刚度的铁、钢、铸铁或其合金制成。

7.根据权利要求1所述的一种提高热传递的水冷散热装置，其特征在于：所述水冷模块(3)包括水箱(31)，进水管(32)和出水管(33)，水箱(31)为没有底盖的腔体结构，水箱(31)的底部开口边缘设有一圈阶梯台阶(34)，散热基板(21)通过密封垫圈与阶梯台阶(34)密封连接；水箱(31)的两边分别设有垫台(35)，进水管(32)和出水管(33)放置在垫台(35)上，进水管(32)和出水管(33)的结构相同，进水管(32)为内部中空的管状结构且两端密封，进水管(32)上设有进水管进口(36)和进水管出口(37)，进水管进口(36)与进水管出口(37)连通；水箱(31)上对称的设有水箱孔(38)，水箱孔(38)与进水管出口(37)一一对应，进水管出口(37)与水箱孔(38)连通。

8.根据权利要求7所述的一种提高热传递的水冷散热装置，其特征在于：所述进水管出口(37)呈线性对称的分布在进水管(32)上，进水管出口(37)的口径从进水管(32)中间向进水管(32)的两端依次增大，且进水管进口(36)的直径大于进水管出口(37)中的最大口径。

9.一种提高热传递的水冷散热方法，其特征在于，包括以下步骤：

密闭箱体(1)内部被散热件在工作过程中由于其自身发热量大，或其热流密度大，且其处于密闭箱体(1)内部，所产生的热量不能及时有效的散发至环境中，本发明所提供的一种提高热传递的水冷散热装置及散热方法，通过在散热基板(21)上设置高热传导率的吸散热柱(22)，可以将密闭箱体(1)内被散热件释放的热量从密闭箱体(1)内部快速吸收、传递至水冷模块，散热基板(21)自身也可以将密闭箱体(1)内被散热件释放的热量从密闭箱体(1)内部吸收、传递至水冷模块(3)，且该交错排布的吸散热柱(22)既可以增大在密闭箱体(1)内部吸收热量的有效面积，又可以增大在水箱(31)内部散失热量的有效面积，且还可以将水箱(31)内部的冷却剂水充分搅浑，避免冷却剂水在流动吸热过程中的层流现象及由此导致的冷却剂水上下层产生的温度梯度及吸散热效果差等问题。